刍议范性形变过程中产生的力是否为弹力

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   摘 要:对于弹力,在初、高中教科书中都是指发生弹性形变的物体,而除了弹性形变外,还有范性形变。就范性形变过程中产生的力是否为弹力而进行讨论。
   关键词:弹力;形变;范性形变
  
   一、由弹力的定义引发的质疑
   对于弹力,高中的教材是这样定义的:“发生弹性形变的物体由于要恢复原状,对与它接触的物体产生力的作用,这种力叫做弹力。”初中的教材中关于弹力的定义则是:“物体发生弹性形变能产生力,这个力叫做弹力。”从初、高中教科书对弹力的定义来看,产生弹力的物体都是发生弹性形变的物体。而弹性形变是指物体发生形变后,撤去外力后能够完全恢复原状的形变。
   除了弹性形变外,还有范性形变。范性形变则是指物体发生形变后,撤去外力后不能恢复原状的形变。譬如,橡皮泥发生的形变就是范性形变。从弹力的定义中,我们可以看出,发生弹性形变的物体能产生弹力。发生范性形变的物体能产生弹力吗?如果按照弹力的定义来看,应该是不能的。但是,我们知道“力的作用是相互的”,手在压缩橡皮泥的过程中,手对橡皮泥有作用力,橡皮泥对手有反作用力。既然橡皮泥对手有力的作用,也就是说范性形变过程也能产生力,这就和弹力的定义产生了矛盾。
   二、形变中的应力
   对于某种材料而言,它由于受到外力而变形时,在物体内各部分之间产生相互作用的内力,以抵抗这种外因的作用,并力图使物体从变形后的位置恢复到变形前的位置,在其内部任意截面某一点单位面积上的内力称为应力。弹性形变和范性形变中,材料内部都是有应力存在的,只不过当撤去外力后,发生弹性形变的物体的应力——应变关系仍按原来的规律变化,而发生范性形变的物体的卸载路径与原来的加载路径不重合。既然弹性形变的物体中有应力,对外表现为弹力;范性形变过程中物体也有应力,对外也应该表现为弹力。当手对橡皮泥施力的同时,橡皮泥对手也有力的作用,这个力应该也属于弹力。
   三、范性形变过程中对力的认识
   当我们对橡皮泥施力时,橡皮泥发生范性形变。在此形变过程中,由于力的作用是相互的,橡皮泥对手也会产生力的作用,这个力应该属于弹力。当我们逐渐对橡皮泥停止施力时,作用力最后为零。此时,由于橡皮泥不能恢复原状,所以对我们的手不再产生力的作用。
   因此,在范性形变的过程中是有力的作用的,一旦形变永久发生,橡皮泥的范性形变就不再产生力的作用。
   四、关于弹力定义的重新认识
   既然范性形变过程中也有弹力的作用,那么应该把范性形变过程中产生的力也归于弹力的定义中。弹性形变过程中及形变完全发生时都会产生弹力,而范性形变过程也会产生弹力的作用。如果在弹力的定义中仅体现弹性形变,而忽略了范性形变过程中产生的弹力,那么这个定义就会犯“定义过窄”的逻辑错误。
   参考文献:
   [1]人民教育出版社课程教材研究所,物理课程教材研究开发中心.物理①[M].人民教育出版社,2004.
   [2]刘炳升.物理·义务教育课程标准实验教科书(8年级下册).江苏科学技术出版社,2004.
   (作者单位 江苏省兴化中等专业学校)
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